JP2009044600A - Microphone device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microphone device which has excellent frequency characteristics and achieves faithful sound collection, in consideration of the actual situation. <P>SOLUTION: A microphone device includes: a sound collection element manufactured using a semiconductor manufacturing process; a signal processing section which implements predetermined arithmetic processing based on an output signal of the sound collection element; and a case which is disposed to cover the sound collection element and the signal processing section and at least a portion of which constitutes a sound transparent and conductive structure part. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、マイクロホン装置およびその製造方法に係り、特に周波数特性に優れたマイクロホン装置に関する。   The present invention relates to a microphone device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a microphone device having excellent frequency characteristics.

従来から、基板上に実装されるチップ等の電子部品を、外部からの電磁波ノイズまたは粉塵等から保護するために、シールドケースが用いられている。   Conventionally, a shield case has been used to protect electronic components such as chips mounted on a substrate from external electromagnetic noise or dust.

図１０に、従来のＭＥＭＳマイクロホンの外観斜視図を示す。図１１（ａ）は、従来のＭＥＭＳマイクロホンの側面図である。図１１（ｂ）は、従来のＭＥＭＳマイクロホンの平面図である。図１１（ｃ）は、従来のＭＥＭＳマイクロホンの縦断面図（図１０中のＡ−Ａ線断面図）である。   FIG. 10 shows an external perspective view of a conventional MEMS microphone. FIG. 11A is a side view of a conventional MEMS microphone. FIG. 11B is a plan view of a conventional MEMS microphone. FIG.11 (c) is a longitudinal cross-sectional view (AA sectional view taken on the line in FIG. 10) of the conventional MEMS microphone.

図１０、図１１に示す従来のＭＥＭＳマイクロホン３００は、基板３０１とＭＥＭＳチップ２００とシールドケース３０３とにより構成されている。ここで、ＭＥＭＳチップ２００は、音信号を電気信号に変換する収音素子を構成するチップである。   A conventional MEMS microphone 300 shown in FIGS. 10 and 11 includes a substrate 301, a MEMS chip 200, and a shield case 303. Here, the MEMS chip 200 is a chip that constitutes a sound collection element that converts a sound signal into an electric signal.

このようなＭＥＭＳマイクロホン３００は、例えば、携帯電話等のメイン基板に実装されて使用される。この場合、音信号の通過路を確保するため、携帯電話の筐体のマイク用の音孔とシールドケースの天板３０３ａ上の音孔３０３ｃとが重なるように配置し実装する（例えば、特許文献１参照）。   Such a MEMS microphone 300 is used by being mounted on a main board such as a mobile phone, for example. In this case, in order to ensure a sound signal passage, the microphone sound hole of the mobile phone casing and the sound hole 303c on the top plate 303a of the shield case are arranged and mounted (for example, Patent Documents). 1).

特開２０００−１６５９９８号公報JP 2000-165998 A

このようなＭＥＭＳマイクロホンにおいては、マイクロホンの周波数特性が、１２ｋＨｚあたりの領域で、１ｋＨｚにおける出力に対して約１０ｄＢ以上大きいピーク（極大点）をもつという不具合があることがわかった。
本来、忠実な収音をするためにマイクロホンには平坦な周波数特性が求められるが、このようなピークを有する周波数特性のマイクロホンでは、高域（周波数の高い領域）が協調されるため、忠実な収音を行うことが困難であるという問題があった。 It has been found that such a MEMS microphone has a problem that the frequency characteristic of the microphone has a peak (maximum point) greater than about 10 dB with respect to the output at 1 kHz in the region around 12 kHz.
Originally, a microphone must have a flat frequency characteristic in order to collect sound faithfully. However, in a microphone having a frequency characteristic having such a peak, high frequencies (regions with high frequencies) are coordinated. There was a problem that it was difficult to collect sound.

これは、ケースにより振動板と音孔との間に形成される部屋（前気室）が共振器（共鳴器）の働きをするため、共振点の周波数において、振動板に加えられる音圧（音による空気の振動に起因する空気の圧力変動）が大きくなるためであると考えられる。   This is because the room (front air chamber) formed by the case between the diaphragm and the sound hole functions as a resonator (resonator), so that the sound pressure applied to the diaphragm at the frequency of the resonance point ( This is presumably because the air pressure fluctuation due to the vibration of the air due to sound increases.

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、周波数特性が良好で、忠実な収音が可能なマイクロホン装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a microphone device that has good frequency characteristics and can faithfully collect sound.

そこで本発明では、半導体製造プロセスを用いて製造される収音素子と、前記収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を実施する信号処理部と、前記収音素子ならびに前記信号処理部を覆うように配設され、少なくとも一部が音響透過性の導電性構造部を構成するケースとを具備したことを特徴とする。   Therefore, in the present invention, a sound collecting element manufactured using a semiconductor manufacturing process, a signal processing unit that performs predetermined arithmetic processing based on an output signal of the sound collecting element, the sound collecting element, and the signal processing unit And a case constituting at least a part of a sound-transmitting conductive structure.

この構成により、前記不具合を解消することが出来る。なおここで信号処理部ではインピーダンス変換のみを行うようにしてもよい。
つまり、この構成により、本発明では、前記ピークである共振周波数を、可聴帯域（20 Hz 〜 20 kHz）の外に設定することで、前記不具合を解消する。
この共振周波数は、ヘルムホルツの共振の原理より、以下の式で与えられる。

Figure 2009044600
Figure 2009044600
 また、式１．４を満たすとき、式１．３は、音孔が一つの円でない場合にも適用できる。音孔が一つの円でない場合、ｓは音孔の総面積である。
式１．４を満たすとき、式１．３は、音孔の面積の四乗根に比例して共振周波数が高くなることを示す。
たとえば、共振周波数が12 kHzであり式１．４が成り立つマイクロホンに於いては、音孔の面積を16倍にすれば、共振周波数は倍になり可聴帯域の外である24kHzに設定することができ、前記不具合は解消することが出来る。
また、たとえば、音孔の長さ（音孔部のケースの厚さ）が0.1mmであり、音孔の直径が0.6 mmであり、ケースの音孔を有する面の面積が12mm2であり、共振周波数が12kHzであるマイクロホンに於いては、ケースの音孔を有する面の開孔率を25％以上にすれば、共振周波数を可聴帯域の外に設定することができ、前記不具合は解消することが出来る。 With this configuration, the above problems can be solved. Here, the signal processing unit may perform only impedance conversion.
That is, according to this configuration, the present invention solves the above-described problem by setting the peak resonance frequency outside the audible band (20 Hz to 20 kHz).
This resonance frequency is given by the following equation based on the Helmholtz resonance principle.
Figure 2009044600
Figure 2009044600
 Further, when the expression 1.4 is satisfied, the expression 1.3 can be applied even when the sound hole is not one circle. If the sound hole is not a circle, s is the total area of the sound hole.
When Expression 1.4 is satisfied, Expression 1.3 indicates that the resonance frequency increases in proportion to the fourth root of the sound hole area.
For example, in a microphone whose resonance frequency is 12 kHz and formula 1.4 is satisfied, if the area of the sound hole is increased 16 times, the resonance frequency is doubled and can be set to 24 kHz outside the audible band. The problem can be solved.
In addition, for example, the length of the sound hole (the thickness of the case of the sound hole part) is 0.1 mm, the diameter of the sound hole is 0.6 mm, the area of the surface having the sound hole of the case is 12 mm 2 , In a microphone with a resonance frequency of 12 kHz, the resonance frequency can be set outside the audible band by setting the aperture ratio of the surface having the sound hole of the case to 25% or more, and the above problem is solved. I can do it.

この構成により、ケースの少なくとも一部が音響透過性の導電性構造部を構成しているため、前記の共振を引き起こす共振器を構成しないようにすることができる。また携帯端末のような筐体への装着に際しても音孔との位置あわせが不要となり、装着が容易となる。   With this configuration, since at least a part of the case forms a sound-transmitting conductive structure portion, it is possible to prevent the resonator that causes the resonance from being formed. In addition, when mounting to a housing such as a portable terminal, positioning with the sound hole is not necessary, and mounting is easy.

シリコンＬＳＩの微細加工技術（ＭＥＭＳ技術）を用いて製造される容量型の収音素子（ＭＥＭＳ収音素子）は、機械的な部品の組み立てによって製造される収音素子に比べて加工精度が高く、電気音響変換の精度が高くかつ安定している。この利点を利用し、小型のケース内に、半導体製造プロセスを用いて製造される収音素子を収納してマイクロホン装置（マイクロホンモジュール）を構成したものである。ただし、ケースが、ヘルムホルツ共振器を構成しやすいため、可聴周波数帯域にヘルムホルツ共振周波数を持たないような構造を構成することによって、周波数特性の向上を図るものである。これにより、収音素子を音響透過性の導電性構造部をもつケースに収納することで、高精度かつ安定した周波数特性を実現することが可能となる。   Capacitive sound pickup elements (MEMS sound pickup elements) manufactured using silicon LSI microfabrication technology (MEMS technology) have higher processing accuracy than sound pickup elements manufactured by assembling mechanical parts. The accuracy of electroacoustic conversion is high and stable. Utilizing this advantage, a microphone device (microphone module) is configured by housing a sound collecting element manufactured using a semiconductor manufacturing process in a small case. However, since the case is easy to configure a Helmholtz resonator, the frequency characteristics are improved by configuring a structure that does not have a Helmholtz resonance frequency in the audible frequency band. Accordingly, it is possible to realize a highly accurate and stable frequency characteristic by housing the sound collecting element in a case having a sound-transmitting conductive structure.

このとき、すなわちヘルムホルツ共振を起こすケースがあるか否かでのマイクロホンの周波数特性を図１２に示す。ａはヘルムホルツ共振を起こすケースがない場合、ｂはある場合の周波数特性を示す。本発明のように音響透過性の導電性構造部を具備していることで使用周波数帯域においてヘルムホルツ共振を起こすことのない、曲線ａに示すようなケースを用いることになり、忠実な収音を実現することができる。   FIG. 12 shows the frequency characteristics of the microphone at this time, that is, whether or not there is a case where Helmholtz resonance occurs. a shows frequency characteristics when there is no case of causing Helmholtz resonance, and b shows frequency characteristics when there is. As shown in the present invention, the case as shown by the curve a that does not cause Helmholtz resonance in the operating frequency band due to the provision of the sound-transmitting conductive structure is used, and faithful sound collection is achieved. Can be realized.

すなわち、式１．１を満たすように体積に応じて開口幅を決定する。
例えば、共振点が可聴周波数帯の外に、例えば２０ｋＨｚ＜ｆｒとする為の音孔幅ｄを求め、その音孔幅ｄよりも大きくなるようにすれば、ヘルムホルツ共振を回避することが可能となる。
例えば上記式１．１においてｄ＝２ｍｍとしたときｆｒは２４ｋＨｚとなり、共振点は可聴周波数帯域の外となる。
またｄ＝２ｍｍ、音孔面積Ｓ＝３ｍｍ２、ケースの音孔面の寸法が４×３としたとき、ケースの音孔面の開孔率は、約２５％であればよい。
つまり、ケースの音孔面の開口率が２５％以上となるようにすればよい。この開孔率の上限は、材料の機械的強度に依存する。つまり機械的強度を維持できる範囲内で開孔率を決定すればよい。 That is, the opening width is determined according to the volume so as to satisfy Expression 1.1.
For example, it is possible to avoid Helmholtz resonance by finding the sound hole width d for the resonance point to be outside the audible frequency band, for example, 20 kHz < fr, and making it larger than the sound hole width d. It becomes.
For example f r is 24kHz next when the d = 2 mm in the above formula 1.1, the resonance point is the outside the audible frequency band.
Further, when d = 2 mm, sound hole area S = 3 mm 2 , and the size of the sound hole surface of the case is 4 × 3, the aperture ratio of the sound hole surface of the case may be about 25%.
That is, the aperture ratio of the sound hole surface of the case may be 25% or more. The upper limit of the porosity is dependent on the mechanical strength of the material. That is, the open area ratio may be determined within a range in which the mechanical strength can be maintained.

また本発明は、上記マイクロホン装置において、前記ケースが、直方体形状をなし、前記収音素子に対向する面の少なくとも一部が音響透過性の導電性構造部を具備してなるものを含む。
この構成により、効率よくヘルムホルツ共振を回避することが可能となる。 Further, the present invention includes the above microphone device, wherein the case has a rectangular parallelepiped shape and at least a part of a surface facing the sound collection element includes a sound transmitting conductive structure.
With this configuration, it is possible to efficiently avoid Helmholtz resonance.

また本発明は、上記マイクロホン装置において、前記音響透過性の導電性構造部が、多数の孔を有する金属材料で構成されたものを含む。
この構成により、孔の大きさや間隔でヘルムホルツ共振の発生を抑制することができるため、設計も容易である。 Further, the present invention includes the above microphone device in which the acoustically transparent conductive structure is made of a metal material having a large number of holes.
With this configuration, the Helmholtz resonance can be suppressed by the size and interval of the holes, so that the design is easy.

また本発明は、上記マイクロホン装置において、前記音響透過性の導電性構造部は、メッシュ構造を構成したものを含む。
この構成により、製造が容易でかつ、メッシュを構成する線材のサイズを調整することでヘルムホルツ共振の発生を抑制することが容易であるため、設計も容易である。また、メッシュはケースの一部をなすため、音源からの音響を収音素子に導くだけではなく、電磁波ノイズの遮蔽効果も併せもつことが望ましい。そこで、導電性材料（金属）によりメッシュを形成し、電磁シールド効果を得るものである。 According to the present invention, in the microphone device, the acoustically transparent conductive structure includes a mesh structure.
With this configuration, the manufacturing is easy, and it is easy to suppress the occurrence of Helmholtz resonance by adjusting the size of the wire constituting the mesh, and the design is also easy. In addition, since the mesh forms a part of the case, it is desirable not only to guide the sound from the sound source to the sound collecting element but also to have an electromagnetic noise shielding effect. Therefore, a mesh is formed from a conductive material (metal) to obtain an electromagnetic shielding effect.

また本発明は、上記マイクロホン装置において、前記音響透過性の導電性構造部は、パンチングメタルで構成されたものを含む。
この構成により、パンチング用のパンチの調整により、機械的強度を維持しつつ孔の大きさや間隔でヘルムホルツ共振の発生を効率よく抑制することができるため、設計も容易である。 According to the present invention, in the above microphone device, the acoustically transmissive conductive structure portion includes a punching metal.
With this configuration, by adjusting the punch for punching, the Helmholtz resonance can be efficiently suppressed with the size and interval of the holes while maintaining the mechanical strength, so that the design is easy.

また本発明は、上記マイクロホン装置において、前記音響透過性の導電性構造部は、多孔質の導電性材料で構成されたものを含む。
この構成により、製造が容易となる。 According to the present invention, in the above microphone device, the acoustically transmissive conductive structure portion includes a porous conductive material.
This configuration facilitates manufacturing.

また本発明は、上記マイクロホン装置において、前記収音素子と、前記信号処理部とが、同一基板内に集積化されているものを含む。
上記構成によれば、同一基板内に、収音素子と信号処理部を集積化して形成するものである。望ましくは、収音素子および信号処理部をＬＳＩ化するとともに、そのＬＳＩを、ＭＥＭＳプロセスで形成した多数の開口を持つケースで覆うことにより、非常にコンパクトで、共振周波数特性の優れたマイクロホン装置を得ることができる。また、この構成により、更なる小型化をはかることが可能となる。 Further, the present invention includes the above microphone device in which the sound collection element and the signal processing unit are integrated on the same substrate.
According to the above configuration, the sound collection element and the signal processing unit are integrated and formed on the same substrate. Desirably, the sound collecting element and the signal processing unit are made into LSI, and the LSI is covered with a case having a large number of openings formed by the MEMS process, so that a very compact microphone device having excellent resonance frequency characteristics can be obtained. Obtainable. Further, this configuration enables further miniaturization.

また本発明は、上記マイクロホン装置において、前記基板は、スペーサを介して前記音響透過性の導電性材料と対向するように実装され、前記基板と前記導電性材料は同一の外形を有するものを含む。
この構成により、ウェハレベルＣＳＰによって、容易に多数のマイクロホン装置を形成することが可能となる。このように音響透過性の導電性材料を用いることで、音孔との位置あわせが容易であるため、筐体への装着時の位置決めが容易となり、より作業性よく装着可能である。 Further, according to the present invention, in the microphone device, the substrate is mounted so as to face the acoustically transmissive conductive material via a spacer, and the substrate and the conductive material have the same outer shape. .
With this configuration, a large number of microphone devices can be easily formed by the wafer level CSP. By using a sound-transmitting conductive material in this way, positioning with the sound hole is easy, so that positioning at the time of mounting on the housing is facilitated, and mounting with better workability is possible.

また本発明は、上記マイクロホン装置において、前記ケースがＭＥＭＳプロセスにより半導体基板を加工することによって形成されたものを含む。
この構成により、フォトリソグラフィを用いて容易に所望の孔径および開口率を有する音孔を形成することができ、かつ磁気シールド効果も高く維持することが可能となる。上記構成によれば、更なる小型化薄型化が可能となる。 The present invention also includes the microphone device in which the case is formed by processing a semiconductor substrate by a MEMS process.
With this configuration, a sound hole having a desired hole diameter and aperture ratio can be easily formed using photolithography, and the magnetic shield effect can be kept high. According to the above configuration, it is possible to further reduce the size and thickness.

また本発明は、半導体製造プロセスを用いて収音素子を形成する工程と、前記収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を実施する信号処理部を形成する工程と、少なくとも一部が音響透過性の導電性構造部を構成するケースを形成する工程と、前記ケースが、前記収音素子ならびに前記信号処理部を覆うように、前記ケース内に前記収音素子および前記信号処理部を実装する工程とを具備したことを特徴とする。   The present invention also includes a step of forming a sound pickup element using a semiconductor manufacturing process, a step of forming a signal processing unit that performs predetermined arithmetic processing based on an output signal of the sound pickup element, and at least a part thereof A step of forming a case constituting an acoustically transmissive conductive structure; and the sound collecting element and the signal processing unit in the case so that the case covers the sound collecting element and the signal processing unit. And a mounting step.

また本発明は、上記マイクロホン装置の製造方法において、前記ケースを形成する工程は、金属板にパンチングにより多数の孔を形成する工程を含む。   According to the present invention, in the method of manufacturing a microphone device, the step of forming the case includes a step of forming a large number of holes in a metal plate by punching.

また本発明は、上記マイクロホン装置の製造方法において、前記ケースを形成する工程は、金属材料で、メッシュ構造を構成する工程を含む。   According to the present invention, in the method of manufacturing a microphone device, the step of forming the case includes a step of forming a mesh structure with a metal material.

また本発明は、上記マイクロホン装置の製造方法において、前記収音素子と、前記信号処理部とを、同一基板内に集積化して形成する工程を含む。   The present invention also includes a step of integrating the sound collection element and the signal processing unit in the same substrate in the method of manufacturing the microphone device.

また本発明は、上記マイクロホン装置の製造方法において、半導体ウェハ上に、複数組の収音素子および信号処理部を形成する工程と、多数の孔を有する金属板を、前記半導体ウェハに位置あわせし、スペーサを介して、前記金属板と前記半導体ウェハとを接合し、接合体を形成する工程と、前記接合体を、ダイシングラインに沿って分断する工程とを含み、前記収音素子と信号処理部とを備えたマイクロホン装置を形成する。   According to the present invention, in the method of manufacturing a microphone device, a step of forming a plurality of sound collection elements and a signal processing unit on a semiconductor wafer and a metal plate having a large number of holes are aligned with the semiconductor wafer. A step of joining the metal plate and the semiconductor wafer via a spacer to form a joined body, and a step of dividing the joined body along a dicing line, the sound collecting element and the signal processing. Forming a microphone device.

また本発明は、上記マイクロホン装置の製造方法において、前記接合体を形成する工程は、金属板にパンチング加工を施すことで、多数の孔を形成するとともに、折り曲げ加工を行いスペーサとなる突起部を形成する工程と、前記突起部を前記半導体ウェハに接合する工程とを含む。   In the method of manufacturing a microphone device according to the present invention, the step of forming the joined body may be performed by punching a metal plate to form a large number of holes and bending a protrusion to form a spacer. Forming and projecting the protrusion to the semiconductor wafer.

本発明によれば、ＭＥＭＳ技術を用いて製造される、高精度かつ安定性に優れたＭＥＭＳ収音素子を音響透過性の導電性構造部を備えたケースに収納することによって、可聴周波数帯域でのヘルムホルツ共振を回避し、平坦な周波数特性を得ることが出来、高域においても忠実な収音を容易に実現することが可能となる。   According to the present invention, a highly accurate and stable MEMS sound pickup element manufactured using MEMS technology is housed in a case having an acoustically transmissive conductive structure, thereby enabling an audio frequency band. Thus, it is possible to avoid the Helmholtz resonance and obtain a flat frequency characteristic, and to easily realize faithful sound collection even in a high frequency range.

すなわち、ケースに設けられたメッシュ構造によって、可聴周波数帯域でのヘルムホルツ共振を回避することが可能となる。   In other words, the Helmholtz resonance in the audible frequency band can be avoided by the mesh structure provided in the case.

また、収音素子に加え信号処理部も、ケース内に収容することにより、高精度かつ安定した収音が可能な１モジュール化されたマイクロホン装置を得ることができる。
また、導電性のメッシュとすることによって、電磁波ノイズの遮蔽（シールド）効果を得ることができる。 Further, by housing the signal processing unit in addition to the sound collecting element in the case, it is possible to obtain a one-module microphone device capable of collecting sound with high accuracy and stability.
Moreover, the shielding effect of electromagnetic noise can be obtained by using a conductive mesh.

また、実装に際し、位置決めが容易で、かつ携帯端末などの筐体への装着の容易なマイクロホン装置が実現される。   In addition, a microphone device that can be easily positioned and mounted on a housing such as a portable terminal can be realized.

さらにまた、ウェハレベルＣＳＰでケースをも実装することにより、極めて小型でかつ周波数特性に優れたマイクロホン装置を提供することができる。   Furthermore, by mounting the case on the wafer level CSP, it is possible to provide a microphone device that is extremely small and has excellent frequency characteristics.

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１のＭＥＭＳマイクロホン１００の外観斜視図を示す。図２は、ＭＥＭＳマイクロホン１００の縦断面図（図１のＢ−Ｂ線断面図）を示している。図１および図２に示すように、ＭＥＭＳマイクロホン１００は、基板１０１と、ＭＥＭＳチップ１０２と、ケース１０３とを有するもので、このケースを音響透過性のメッシュ構造とした例を示す断面図であり、図２は、ここで用いられるＭＥＭＳ構造の収音素子を示す断面図である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an external perspective view of the MEMS microphone 100 according to the first embodiment. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the MEMS microphone 100 (a sectional view taken along line BB in FIG. 1). As shown in FIGS. 1 and 2, the MEMS microphone 100 includes a substrate 101, a MEMS chip 102, and a case 103, and is a cross-sectional view showing an example in which the case has an acoustically permeable mesh structure. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a sound collecting element having a MEMS structure used here.

このマイクロホン装置は、図１に示すように、半導体製造プロセスを用いて製造される収音素子と、前記収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を実施する信号処理部と、前記収音素子ならびに前記信号処理部を収納し、可聴周波数帯域でのヘルムホルツ共振を防止する構造をもつように音響的に透明な（音響透過性の）メッシュ構造としたケース１０３とを有することを特徴とするものである。１０１は収音素子ならびに信号処理部を装着する基板である。   As shown in FIG. 1, the microphone device includes a sound collecting element manufactured using a semiconductor manufacturing process, a signal processing unit that performs predetermined arithmetic processing based on an output signal of the sound collecting element, and the sound collecting element. And a case 103 having an acoustically transparent (acoustic transmissive) mesh structure that houses a sound element and the signal processing unit and has a structure that prevents Helmholtz resonance in an audible frequency band. To do. Reference numeral 101 denotes a substrate on which the sound collection element and the signal processing unit are mounted.

このように、本実施の形態のマイクロホン装置は、ケース１０３として、音響的に透明な（音響透過性の）メッシュ構造をもつものを採用している点が特徴である。   Thus, the microphone device according to the present embodiment is characterized in that the case 103 has an acoustically transparent (acoustic transmission) mesh structure.

音響は本来、直進するものであり、所定条件下での進路妨害がない限り回折現象は生じない。そこで、ケースの全体を、音響的に透明な（音響透過性の）メッシュ構造とし（このメッシュは、音響の回折による悪影響が生じない程度の径の孔を多数、有する構造をもつ）、音源から到来する音響が、そのまま直進して各収音素子に到達するようにしたものである。なおここではケース全体をメッシュ構造（メッシュ構造部１０３ｍ）としたが、収音素子に対向する領域のみがメッシュ構造となっていてもよい。   Sound is inherently straight, and no diffraction phenomenon occurs unless there is a path obstruction under predetermined conditions. Therefore, the entire case has an acoustically transparent (acoustic transmission) mesh structure (this mesh has a structure having a large number of holes having a diameter that does not cause adverse effects due to acoustic diffraction). The incoming sound goes straight ahead and reaches each sound collecting element. Here, the entire case has a mesh structure (mesh structure portion 103m), but only a region facing the sound collection element may have a mesh structure.

これにより、音源からの音響は、マイクロホン装置のケース１３０に妨げられることなく、そのまま直進して各収音素子に到達する。つまり、ヘルムホルツ共振による悪影響を生じることなく、忠実な収音を行うことが可能となる。   Thereby, the sound from the sound source goes straight without reaching the sound collection elements without being blocked by the case 130 of the microphone device. That is, it is possible to perform faithful sound collection without causing an adverse effect due to Helmholtz resonance.

また、金属等の導電性をもつ材料を加工してメッシュ構造を形成することによって、電磁波ノイズの遮蔽（シールド）効果も得ることができるため、電磁ノイズの遮蔽については問題は生じない。   In addition, since a mesh structure is formed by processing a material having conductivity such as metal, an electromagnetic noise shielding effect (shielding) can be obtained. Therefore, no problem arises with electromagnetic noise shielding.

基板１０１は、ＭＥＭＳチップ１０２を実装するためのプリント基板である。基板１０１の実装面の寸法は、例えば、縦×横 ３[ｍｍ]×４[ｍｍ]である。   The substrate 101 is a printed board for mounting the MEMS chip 102. The dimensions of the mounting surface of the substrate 101 are, for example, length × width 3 [mm] × 4 [mm].

ＭＥＭＳチップ１０２は、図２に示すように振動膜電極４３が捉えた音信号を電気信号に変換するものである。具体的には、ＭＥＭＳチップ１０２は、シリコン基板４１上に、第１の絶縁層４２を介して、振動膜電極４３とエレクトレット膜４４とを有しており、また、その上に、第２の絶縁層４５を介して、音孔４７が形成された固定電極４６を有している。また、振動膜電極４３の背面には、シリコン基板４１のエッチングで形成された、背気室５５が形成されている。なお、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）チップとは、半導体の微細加工技術を用いて形成された微小な部品から構成される電気機械素子チップである。   As shown in FIG. 2, the MEMS chip 102 converts a sound signal captured by the diaphragm electrode 43 into an electric signal. Specifically, the MEMS chip 102 has a vibrating membrane electrode 43 and an electret film 44 on a silicon substrate 41 with a first insulating layer 42 interposed therebetween. A fixed electrode 46 having a sound hole 47 is formed through an insulating layer 45. A back air chamber 55 formed by etching the silicon substrate 41 is formed on the back surface of the vibration membrane electrode 43. Note that a MEMS (Micro Electro Mechanical System) chip is an electromechanical element chip composed of minute parts formed by using a semiconductor microfabrication technique.

振動膜電極４３は、導電性を有するドープトポリシリコンで形成され、エレクトレット膜４４は、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜で形成され、また、固定電極４６は、ドープトポリシリコンと酸化シリコン膜や窒化シリコン膜とを積層して形成されている。   The vibrating membrane electrode 43 is made of conductive doped polysilicon, the electret film 44 is made of a silicon nitride film or a silicon oxide film, and the fixed electrode 46 is made of doped polysilicon and a silicon oxide film, It is formed by laminating a silicon nitride film.

また、ＭＥＭＳチップ１０２の電気信号を増幅する増幅回路４８が、ワイヤ４９により電気的に接続されている。ＭＥＭＳチップ１０２と増幅回路４８はシールドケース１０３で覆われている。   In addition, an amplification circuit 48 that amplifies an electrical signal of the MEMS chip 102 is electrically connected by a wire 49. The MEMS chip 102 and the amplifier circuit 48 are covered with a shield case 103.

製造に際しては、半導体製造プロセスを用いて収音素子としてのＭＥＭＳチップ１０２を形成するとともに、収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を実施する信号処理部としての半導体チップ４８を形成する。これらを基板１０１上に搭載し、ワイヤボンディングにより電気的接続を行った後、金属メッシュ構造からなるケース１０３を装着することで容易に形成可能である。   At the time of manufacturing, the MEMS chip 102 as a sound pickup element is formed using a semiconductor manufacturing process, and the semiconductor chip 48 as a signal processing unit that performs predetermined arithmetic processing based on an output signal of the sound pickup element is formed. . After these are mounted on the substrate 101 and electrically connected by wire bonding, they can be easily formed by attaching a case 103 made of a metal mesh structure.

シリコンＬＳＩの微細加工技術（ＭＥＭＳ技術）を用いて製造される容量型の収音素子（ＭＥＭＳ収音素子）は、機械的な部品の組み立てによって製造される収音素子に比べて加工精度が高く、音響電気変換の精度が高くかつ安定している。この利点を利用し、ケース１０３内に、半導体製造プロセスを用いて製造される収音素子を収納してマイクロホン装置（マイクロホンモジュール）を構成したものである。ただし、このケースが共振室を構成すると周波数特性が低下し、忠実な収音が不可能となるため、本実施の形態では、メッシュ構造をもつケースを採用する。   Capacitive sound pickup elements (MEMS sound pickup elements) manufactured using silicon LSI microfabrication technology (MEMS technology) have higher processing accuracy than sound pickup elements manufactured by assembling mechanical parts. The acoustoelectric conversion accuracy is high and stable. Utilizing this advantage, a microphone device (microphone module) is configured by housing a sound collection element manufactured using a semiconductor manufacturing process in a case 103. However, if this case constitutes a resonance chamber, the frequency characteristic is lowered, and faithful sound collection is impossible. In this embodiment, a case having a mesh structure is employed.

マイクロカプセルが音響透過性のメッシュ構造で構成されていることによって、本発明のマイクロホン装置は、可聴周波数帯域でのヘルムホルツ共振を回避することができる。   The microphone device of the present invention can avoid Helmholtz resonance in an audible frequency band because the microcapsule has a sound-transmitting mesh structure.

（実施の形態２）
図３は、本発明のマイクロホン装置の他の例を示す断面図である。図３において、実施の形態１で説明した図面と共通する部分には同じ参照符号を付している。
図２に示した実施の形態１のケースは、全面をメッシュ構造で構成したが、本実施の形態では、図３に示すように、ケース１０３のうち、ＭＥＭＳチップ１０２に対向する領域のみメッシュ構造部１０３ｍを構成し、側面を含む他の領域は金属板で構成している。
他は、前記実施の形態１と同様に形成した。ここではメッシュ構造部１０３ｍは、ケース本体１０３ｓの一部（特に、収音素子の振動板に音響を到来させるために必要な箇所）に開口を設けた構造とし、接着剤を用いて接着される。 (Embodiment 2)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the microphone device of the present invention. In FIG. 3, parts that are the same as those described in the first embodiment are given the same reference numerals.
In the case of the first embodiment shown in FIG. 2, the entire surface is configured with a mesh structure. However, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, only the region of the case 103 that faces the MEMS chip 102 has a mesh structure. The other area including the side surface is composed of a metal plate.
Others were formed in the same manner as in the first embodiment. Here, the mesh structure portion 103m has a structure in which an opening is provided in a part of the case main body 103s (particularly, a position necessary for sound to reach the diaphragm of the sound collection element), and is bonded using an adhesive. .

メッシュ構造部１０３ｍは、例えば、粗状メッシュシートート（布帛）が使用される。粗状メッシュシートとしては、導電性の糸状の材料を編み込んだ、編み目を備えたニット状メッシュ、あるいは、薄い金属シートに細かい小孔を穿設したパンチングメッシュシートなどを用いることができ、そのメッシュ粗さは、１ピッチ幅０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ程度が適当である。   For example, a coarse mesh sheet (fabric) is used for the mesh structure portion 103m. As the coarse mesh sheet, a knitted mesh with stitches made of conductive thread-like material, or a punching mesh sheet in which fine holes are formed in a thin metal sheet can be used. As for roughness, 1 pitch width of about 0.5 mm to 5.0 mm is appropriate.

このように、ケース１０３の少なくとも一部を音響的に透明な（音響透過性の）メッシュ構造とすることによって、ケース内が共振室となるのを回避し、忠実な収音特性を得ることが可能となる。   In this way, by making at least a part of the case 103 an acoustically transparent (acoustic transmissive) mesh structure, it is possible to avoid the inside of the case from becoming a resonance chamber and to obtain faithful sound collection characteristics. It becomes possible.

また、導電性のメッシュとすることによって、電磁波ノイズの遮蔽（シールド）効果を得ることができる。 Moreover, the shielding effect of electromagnetic noise can be obtained by using a conductive mesh.

（実施の形態３）
図４は、本発明のマイクロホン装置の他の例を示す断面図である。図４において、実施の形態１および２で説明した図面と共通する部分には同じ参照符号を付している。
図２に示した実施の形態１のケースは、全面をメッシュ構造で構成したが、本実施の形態では、図４に示すように、ケース１０３を、ＭＥＭＳチップ１０２に対向する領域に孔１０３ｈを形成したパンチングメタルで構成したことを特徴とする。
他は、前記実施の形態１と同様に形成した。 (Embodiment 3)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of the microphone device of the present invention. In FIG. 4, parts that are the same as those in the drawings described in the first and second embodiments are given the same reference numerals.
The case of the first embodiment shown in FIG. 2 has a mesh structure on the entire surface. However, in this embodiment, as shown in FIG. 4, the case 103 is provided with a hole 103h in a region facing the MEMS chip 102. It is characterized by comprising the formed punching metal.
Others were formed in the same manner as in the first embodiment.

孔１０３ｈは、例えば、開口率２５％以上となるように形成される。
ここでは共振点を可聴周波数を２０ｈＨｚとし、この可聴周波数よりも大きい値となるように、音孔幅ｄなどのパラメータを求め、その音孔幅ｄよりも大きくなるようにすれば、ヘルムホルツ共振を回避することが可能となる。
この共振周波数は前述したように以下の式で与えられる。

Figure 2009044600
ここでｃ:音速、ｄ：音孔、Ｖ：ケースにより振動板と音孔との間に形成される部屋の体積、ｌ：音孔の長さ（厚さ）
例えば、上記数３においてｄ＝２ｍｍとしたときｆｒは２４ｋＨｚとなり、共振点は可聴周波数帯域の外となる。 The hole 103h is formed, for example, to have an aperture ratio of 25% or more.
Here, if the resonance point is set to an audible frequency of 20 hHz, parameters such as the sound hole width d are obtained so as to be a value larger than the audible frequency, and if the sound hole width d is larger than the sound hole width d, the Helmholtz resonance is caused. It can be avoided.
As described above, this resonance frequency is given by the following equation.
Figure 2009044600
 Where c: sound velocity, d: sound hole, V: volume of the room formed between the diaphragm and the sound hole by the case, l: length (thickness) of the sound hole
For example, f r when the d = 2 mm at the number 3 is 24kHz, and the resonance point is the outside of the audible frequency band.

またｄ＝２ｍｍ、音孔面積Ｓ＝３ｍｍ２、ケースの音孔面の寸法が４×３としたとき、ケースの音孔面の開孔率は、約２５％であればよい。
つまり、ケースの音孔面の開口率が２５％以上となるようにすればよい。この開孔率の上限は、材料の機械的強度に依存する。つまり機械的強度を維持できる範囲内で開孔率を決定すればよい。 Further, when d = 2 mm, sound hole area S = 3 mm 2 , and the size of the sound hole surface of the case is 4 × 3, the aperture ratio of the sound hole surface of the case may be about 25%.
That is, the aperture ratio of the sound hole surface of the case may be 25% or more. The upper limit of the porosity is dependent on the mechanical strength of the material. That is, the open area ratio may be determined within a range in which the mechanical strength can be maintained.

本発明のマイクロホン装置の場合について共振周波数は下表１のとおりであった。

Figure 2009044600
これに対し、従来のマイクロホン装置の場合は以下の表２のようになる。
Figure 2009044600
 このように、ケース１０３の少なくとも一部を音響的に透明な（音響透過性の）開孔を有する構造とすることによって、ケース内が共振室となるのを回避し、忠実な収音特性を得ることが可能となる。 The resonance frequencies for the microphone device of the present invention are as shown in Table 1 below.
Figure 2009044600
 On the other hand, in the case of the conventional microphone device, it is as shown in Table 2 below.
Figure 2009044600
 In this way, by making at least a part of the case 103 have an acoustically transparent (acoustic transmissive) aperture, it is possible to avoid the inside of the case from becoming a resonance chamber, and to achieve faithful sound collection characteristics. Can be obtained.

また、導電性の基体に孔を開けて形成することによって、電磁波ノイズの遮蔽（シールド）効果を得ることができる。   Further, by forming a hole in the conductive substrate, an electromagnetic wave noise shielding effect can be obtained.

また、ケース１０３としては、多孔質材料に金属粒子を含む溶剤を含浸させたものでもよい。あるいは金属などの導電性粒子を含む材料を成形し多孔質となるようにしたものであってもよい。
なお、前記実施の形態では、収音素子チップおよび信号処理回路チップを基板上に実装することによって形成したが、高精度かつ安定性に優れたＭＥＭＳ収音素子を並列に配置した状態でＬＳＩ化してもよい。さらにまた、収音素子と信号処理回路とを搭載したＬＳＩチップと同一のシリコン基板を出発材料としてＭＥＭＳプロセスで微細な孔をフォトリソグラフィ工程で形成したシリコン製のケースを採用してもよい。 As the case 103, a porous material impregnated with a solvent containing metal particles may be used. Alternatively, a material containing conductive particles such as metal may be molded to be porous.
In the above-described embodiment, the sound pickup element chip and the signal processing circuit chip are formed on the substrate. However, the MEMS sound pickup element having high accuracy and excellent stability is formed into an LSI in parallel. May be. Furthermore, a silicon case in which fine holes are formed in the photolithography process by the MEMS process using the same silicon substrate as the LSI chip on which the sound pickup element and the signal processing circuit are mounted may be employed.

（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４のマイクロホン装置を示す断面図である。本実施の形態では、図５において、実施の形態１で説明した図面と共通する部分には同じ参照符号を付している。
本実施の形態では、収音素子チップおよび信号処理回路チップをＬＳＩ化し、同一のシリコン基板上に形成したＭＥＭＳチップを、パンチングメタルで構成したケース１０３に収納したことを特徴とするものである。 (Embodiment 4)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a microphone device according to Embodiment 4 of the present invention. In the present embodiment, in FIG. 5, the same reference numerals are given to the portions common to the drawings described in the first embodiment.
The present embodiment is characterized in that the sound pickup element chip and the signal processing circuit chip are made into LSI, and the MEMS chip formed on the same silicon substrate is housed in a case 103 made of punching metal.

ＭＥＭＳチップ１０２Ｓは、図２に示した実施の形態１のＭＥＭＳチップ１０２と同様にすように振動膜電極４３が捉えた音信号を電気信号に変換するもので、このチップ内に信号処理回路としての増幅回路４８Ｓなどの電子回路が集積化されている以外は、前記実施の形態１と同様に形成されており、同一部位には同一符号を付した。
また、ＭＥＭＳチップ１０２の電気信号を増幅する増幅回路４８が、図示しないスルーホールを解して固定電極４６に接続されている。またこの増幅回路４８Ｓをも集積化したＭＥＭＳチップ１０２Ｓはパンチングメタルで構成されたシールドケース１０３で覆われている。 The MEMS chip 102S converts a sound signal captured by the diaphragm electrode 43 into an electrical signal in the same manner as the MEMS chip 102 of the first embodiment shown in FIG. 2, and a signal processing circuit is provided in this chip. Except that the electronic circuit such as the amplifier circuit 48S is integrated, it is formed in the same manner as in the first embodiment, and the same parts are denoted by the same reference numerals.
In addition, an amplifier circuit 48 that amplifies the electrical signal of the MEMS chip 102 is connected to the fixed electrode 46 through a through hole (not shown). The MEMS chip 102S in which the amplifier circuit 48S is also integrated is covered with a shield case 103 made of punching metal.

製造に際しては、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１に、半導体製造プロセスを用いて収音素子および増幅回路４８Ｓなどの信号処理回路を集積化した、素子領域を形成する。図中仮想的なダイシングラインＤＬで囲まれた領域４３がＭＥＭＳチップ１０２に相当する。   At the time of manufacturing, as shown in FIGS. 6A and 6B, an element region is formed on the silicon wafer 1 by integrating a signal processing circuit such as a sound pickup element and an amplifier circuit 48S using a semiconductor manufacturing process. To do. In the drawing, a region 43 surrounded by a virtual dicing line DL corresponds to the MEMS chip 102.

一方、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、ウェハサイズの金属板１０３Ｗに、パンチングを施し、パンチング孔１０３ｈを形成するとともに、金型を用いてチップサイズに相当する凸部を持つように形状加工を行う。図中仮想的なダイシングラインＤＬで囲まれた領域がケース１０３に相当する。   On the other hand, as shown in FIGS. 7A and 7B, a wafer-sized metal plate 103W is punched to form punching holes 103h, and has a convex portion corresponding to the chip size using a mold. The shape is processed as follows. In the drawing, a region surrounded by a virtual dicing line DL corresponds to the case 103.

この状態で、素子領域の形成されたシリコンウェハ１と、パンチング孔１０３ｈを形成したウェハサイズの金属板１０３ＷのダイシングラインＤＬ同士が重なり合うように位置あわせをし、接着剤を介して固着する。   In this state, the silicon wafer 1 in which the element region is formed and the dicing lines DL of the wafer-sized metal plate 103W in which the punching holes 103h are formed are aligned so that they are fixed via an adhesive.

このようにして、ウェハレベルで実装した後、ダイシングラインに沿って個別のマイクロホン装置に分断して、図５に示したマイクロホン装置が完成する。
この構成によれば、極めて容易に忠実な収音特性を備えたマイクロホン装置を得ることができる。また、チップサイズのマイクロホン装置であるため、極めて微細な外形を得ることが可能となる。 In this way, after mounting at the wafer level, the microphone device is divided into individual microphone devices along the dicing line, and the microphone device shown in FIG. 5 is completed.
According to this configuration, it is possible to obtain a microphone device having a faithful sound collection characteristic very easily. Further, since it is a chip-size microphone device, it is possible to obtain an extremely fine outer shape.

なお、前記実施の形態ではケースとしてパンチングメタルを用いたが、金属材料で、メッシュ構造を構成し、同様にして実装するようにしてもよい。   In the above embodiment, the punching metal is used as the case. However, the mesh structure may be made of a metal material and mounted in the same manner.

また、収音素子と信号処理回路を形成したシリコンウェハと、パンチングメタルを形状加工したウェハレベルの金属板との接合体を形成するに際し、金型を用いて凸部を形成した金属板を用いたが、折り曲げ加工を行いスペーサとなる突起部を形成するようにしてもよいし、スペーサを別部材で形成してもよい。   In addition, when forming a bonded body between a silicon wafer on which a sound pickup element and a signal processing circuit are formed and a wafer level metal plate on which punching metal has been processed, a metal plate on which a convex portion is formed using a mold is used. However, the protrusion may be formed by bending the spacer, or the spacer may be formed of a separate member.

（実施の形態５）
次に、本発明のＭＥＭＳマイクロホン１００を携帯電話に使用する例について説明する。図８は、ＭＥＭＳマイクロホン１００が搭載された携帯電話１５０の外観斜視図である。図９は、携帯電話１５０のマイク部付近の要部断面図（図８中のＥ−Ｅ線断面図）である。 (Embodiment 5)
Next, an example in which the MEMS microphone 100 of the present invention is used in a mobile phone will be described. FIG. 8 is an external perspective view of a mobile phone 150 on which the MEMS microphone 100 is mounted. FIG. 9 is a cross-sectional view of the main part in the vicinity of the microphone portion of the mobile phone 150 (cross-sectional view taken along the line EE in FIG. 8).

図８に示す携帯電話１５０の筐体１５１には、使用時にユーザの口元付近にあたる位置にマイク用の音孔１５２が形成されている。   A microphone 151 is formed in a case 151 of the mobile phone 150 shown in FIG. 8 at a position near the user's mouth when in use.

ＭＥＭＳマイクロホン１００のシールドケースの天板１０３ａと筐体１５１の内側面との間に、ガスケット１５４が挟まれている。図９に示すように、筐体１５１の音孔１５２の周辺には、金属メッシュ構造のケース１０３（１０３ｍ）が位置しているため、音孔１５２との位置あわせが不要となる。   A gasket 154 is sandwiched between the top plate 103 a of the shield case of the MEMS microphone 100 and the inner surface of the housing 151. As shown in FIG. 9, since the case 103 (103m) having a metal mesh structure is located around the sound hole 152 of the casing 151, alignment with the sound hole 152 becomes unnecessary.

また、ガスケット１５４にも、同様に筐体の音孔１５２と略同形状の穴１５４ａが形成されている。また、穴１５４ａの筐体側の端部には音響抵抗材１５４ｂが形成されている。この音響抵抗材１５４ｂは、音信号の伝播速度を低下させるものであり、ここでは、ＭＥＭＳマイクロホン１００の音響特性を調整する機能を果たすものである。   Similarly, the gasket 154 is formed with a hole 154a having substantially the same shape as the sound hole 152 of the housing. In addition, an acoustic resistance material 154b is formed at the end of the hole 154a on the housing side. The acoustic resistance material 154 b reduces the propagation speed of the sound signal, and here, functions to adjust the acoustic characteristics of the MEMS microphone 100.

ガスケット１５４の厚さは、天板１０３ａと筐体１５１の内側面との隙間より少し厚い程度であり、シールドケース１０３から天板１０３ａの端部まで密着して挟みこまれている。   The thickness of the gasket 154 is a little thicker than the gap between the top plate 103a and the inner surface of the housing 151, and is sandwiched between the shield case 103 and the end of the top plate 103a.

すなわち、ガスケット１５４を挟み込む領域として、シールドケースの音孔１０３ｃから天板１０３ａの各端までの距離がそれぞれ１[ｍｍ]以上の間隔を有するように設計されているので、ガスケット１５４を挟み込んだ後の気密性が確保されている。   That is, as the region for sandwiching the gasket 154, the distance from the sound hole 103c of the shield case to each end of the top plate 103a is designed to have an interval of 1 [mm] or more. Airtightness is ensured.

従って、筐体の音孔１５２から進入する音信号は、天板１０３ａと筐体１５１の内側面との隙間に漏れることがなく、ＭＥＭＳマイクロホン１００の音響特性は損なわれない。   Therefore, the sound signal entering from the sound hole 152 of the housing does not leak into the gap between the top plate 103a and the inner surface of the housing 151, and the acoustic characteristics of the MEMS microphone 100 are not impaired.

筐体の音孔１５２から進入した音は、音響抵抗材１５４ｂを通過して金属メッシュ構造のケース１０３を通過し、ＭＥＭＳチップの振動膜電極４３に伝播する。振動膜電極４３と固定電極４６とで構成される平板コンデンサの静電容量が変化し、電圧変化として取り出される。   The sound that enters from the sound hole 152 of the housing passes through the acoustic resistance material 154b, passes through the case 103 having a metal mesh structure, and propagates to the vibrating membrane electrode 43 of the MEMS chip. The capacitance of the plate capacitor formed by the vibrating membrane electrode 43 and the fixed electrode 46 changes and is taken out as a voltage change.

この構成によれば、小型化したＭＥＭＳマイクロホン１００を携帯電話に搭載することできるので、携帯電話１５０全体の形状を小型・薄型化することが可能である。   According to this configuration, since the miniaturized MEMS microphone 100 can be mounted on a mobile phone, the overall shape of the mobile phone 150 can be reduced in size and thickness.

このようにして特別な工程を付加することなく、高精度の位置あわせを必要とすることなく極めて作業性よく実装することが可能となり、小型で信頼性の高いＭＥＭＳマイクロホン装置１００を得ることができる。   In this way, it is possible to mount with high workability without adding a special process and without requiring highly accurate alignment, and a small and highly reliable MEMS microphone device 100 can be obtained. .

本発明は、極めて簡単な構成で可聴周波数帯域でのヘルムホルツ共振を回避し、収音特性に優れたマイクロホン装置を形成することができることから、超小型のマイクロホン装置（例えば、超小型のエレクトレットコンデンサマイクロホン・アレイモジュール）として有用である。   The present invention avoids Helmholtz resonance in an audible frequency band with an extremely simple configuration and can form a microphone device having excellent sound collection characteristics. Therefore, an ultra-small microphone device (for example, an ultra-small electret condenser microphone) can be formed. -It is useful as an array module.

本発明の実施の形態１のマイクロホン装置を示す断面図Sectional drawing which shows the microphone apparatus of Embodiment 1 of this invention. 図１に示されるシリコンＬＳＩの製造プロセスにより製造される収音素子（ＭＥＭＳ収音素子）の構造を説明するためのデバイスの断面図Sectional drawing of the device for demonstrating the structure of the sound collection element (MEMS sound collection element) manufactured by the manufacturing process of the silicon LSI shown by FIG. 本発明の実施の形態２のマイクロホン装置を示す図The figure which shows the microphone apparatus of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３のマイクロホン装置を示す図The figure which shows the microphone apparatus of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態４のマイクロホン装置を示す図The figure which shows the microphone apparatus of Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態４のマイクロホン装置の製造工程を示す図The figure which shows the manufacturing process of the microphone apparatus of Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態４のマイクロホン装置の製造工程を示す図The figure which shows the manufacturing process of the microphone apparatus of Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態５のマイクロホン装置を用いた携帯端末を示す図The figure which shows the portable terminal using the microphone apparatus of Embodiment 5 of this invention. 図８のＡ−Ａ断面図AA sectional view of FIG. 従来例の構造を示す断面図Sectional view showing the structure of a conventional example 従来例の構造を示す断面図Sectional view showing the structure of a conventional example 本発明の実施の形態および従来例のマイクロホン装置の周波数特性を示す図The figure which shows the frequency characteristic of embodiment of this invention and the microphone apparatus of a prior art example

符号の説明Explanation of symbols

１００ ＭＥＭＳマイクロホン
１０１ 基板
１０２ ＭＥＭＳチップ
１０３ シールドケース
１０３ｍ メッシュ構造部
１０３ｓ ケース本体
１５０ 携帯電話
１５１ 筐体
１５２ 筐体上の音孔
１５４ ガスケット
１５５ 携帯電話のメイン（主）基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 MEMS microphone 101 Substrate 102 MEMS chip 103 Shield case 103m Mesh structure 103s Case main body 150 Mobile phone 151 Case 152 Sound hole on the case 154 Gasket 155 Main (main) substrate of the mobile phone

Claims (16)

半導体製造プロセスを用いて製造される収音素子と、
前記収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を実施する信号処理部と、
前記収音素子ならびに前記信号処理部を覆うように配設され、少なくとも一部が音響透過性の導電性構造部を構成するケースと、を具備したマイクロホン装置。 A sound collection device manufactured using a semiconductor manufacturing process;
A signal processing unit that performs predetermined arithmetic processing based on an output signal of the sound collection element;
A microphone device comprising: a case disposed so as to cover the sound collection element and the signal processing unit, and at least a part of which constitutes an acoustically transparent conductive structure. 請求項１に記載のマイクロホン装置であって、
前記ケースは、直方体形状をなし、少なくとも前記収音素子に対向する面の一部が音響透過性の導電性構造部を具備してなるマイクロホン装置。 The microphone device according to claim 1,
The case is a microphone device in which the case has a rectangular parallelepiped shape, and at least a part of the surface facing the sound collection element includes a sound transmitting conductive structure. 請求項１または２に記載のマイクロホン装置であって、
前記音響透過性の導電性構造部は、多数の孔を有する導電性材料で構成されたマイクロホン装置。 The microphone device according to claim 1 or 2,
The sound transmitting conductive structure is a microphone device made of a conductive material having a large number of holes. 請求項３に記載のマイクロホン装置であって、
前記音響透過性の導電性構造部は、メッシュ構造を構成したマイクロホン装置。 A microphone device according to claim 3,
The sound transmitting conductive structure is a microphone device having a mesh structure. 請求項３記載のマイクロホン装置であって、
前記音響透過性の導電性構造部は、パンチングメタルで構成されたマイクロホン装置。 A microphone device according to claim 3,
The sound transmitting conductive structure is a microphone device made of punching metal. 請求項３記載のマイクロホン装置であって、
前記音響透過性の導電性構造部は、焼結金属で構成されたマイクロホン装置。 A microphone device according to claim 3,
The sound transmitting conductive structure is a microphone device made of sintered metal. 請求項３記載のマイクロホン装置であって、
前記音響透過性の導電性構造部は、多孔質の導電性材料で構成されたマイクロホン装置。 A microphone device according to claim 3,
The sound transmitting conductive structure is a microphone device made of a porous conductive material. 請求項１乃至７のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記収音素子と、前記信号処理部とが、同一基板内に集積化されているマイクロホン装置。 A microphone device according to any one of claims 1 to 7,
A microphone device in which the sound pickup element and the signal processing unit are integrated on the same substrate. 請求項７のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記基板は、スペーサを介して前記音響透過性の導電性材料と対向するように実装され、前記基板と前記導電性材料は同一の外形を有するマイクロホン装置。 The microphone device according to claim 7,
The microphone is mounted on the substrate so as to face the acoustically transmissive conductive material via a spacer, and the substrate and the conductive material have the same external shape. 請求項１乃至８のいずれかに記載のマイクロホン装置であって、
前記ケースがＭＥＭＳプロセスにより半導体基板を加工することによって形成されたマイクロホン装置。 The microphone device according to any one of claims 1 to 8,
A microphone device in which the case is formed by processing a semiconductor substrate by a MEMS process. 半導体製造プロセスを用いて収音素子を形成する工程と、
前記収音素子の出力信号に基づいて所定の演算処理を実施する信号処理部を形成する工程と、
少なくとも一部が音響透過性の導電性構造部を構成するケースを形成する工程と、
前記ケースが、前記収音素子ならびに前記信号処理部を覆うように、前記ケース内に前記収音素子および前記信号処理部を実装する工程とを具備したマイクロホン装置の製造方法。 Forming a sound collection element using a semiconductor manufacturing process;
Forming a signal processing unit that performs predetermined arithmetic processing based on an output signal of the sound pickup element;
Forming a case at least part of which constitutes a sound transmitting conductive structure; and
A method of manufacturing a microphone device, comprising: mounting the sound collection element and the signal processing unit in the case so that the case covers the sound collection element and the signal processing unit. 請求項１１に記載のマイクロホン装置の製造方法であって、
前記ケースを形成する工程は、金属板にパンチングにより多数の孔を形成する工程を含むマイクロホン装置の製造方法。 A method of manufacturing a microphone device according to claim 11,
The method of manufacturing a microphone device includes a step of forming the case including a step of forming a large number of holes in a metal plate by punching. 請求項１１に記載のマイクロホン装置の製造方法であって、
前記ケースを形成する工程は、金属材料で、メッシュ構造を構成する工程を含むマイクロホン装置の製造方法。 A method of manufacturing a microphone device according to claim 11,
The method of manufacturing a microphone device includes a step of forming a mesh structure with a metal material. 請求項１１に記載のマイクロホン装置の製造方法であって、
前記収音素子と、前記信号処理部とを、同一基板内に集積化して形成する工程を含むマイクロホン装置の製造方法。 A method of manufacturing a microphone device according to claim 11,
A method of manufacturing a microphone device, including a step of forming the sound collection element and the signal processing unit in an integrated manner on the same substrate. 請求項１４に記載のマイクロホン装置の製造方法であって、
半導体ウェハ上に、複数組の収音素子および信号処理部を形成する工程と、
多数の孔を有する金属板を、前記半導体ウェハに位置あわせし、スペーサを介して、前記金属板と前記半導体ウェハとを接合し、接合体を形成する工程と、
前記接合体を、ダイシングラインに沿って分断する工程とを含み、
前記収音素子と信号処理部とを備えたマイクロホン装置を形成するマイクロホン装置の製造方法。 A method of manufacturing a microphone device according to claim 14,
Forming a plurality of sound collection elements and signal processing units on a semiconductor wafer;
A step of aligning a metal plate having a large number of holes with the semiconductor wafer, bonding the metal plate and the semiconductor wafer via a spacer, and forming a joined body;
Dividing the joined body along a dicing line,
A method of manufacturing a microphone device that forms a microphone device including the sound pickup element and a signal processing unit. 請求項１５に記載のマイクロホン装置の製造方法であって、
前記接合体を形成する工程は、
金属板にパンチング加工を施すことで、多数の孔を形成するとともに、折り曲げ加工を行いスペーサとなる突起部を形成する工程と、
前記突起部を前記半導体ウェハに接合する工程とを含むマイクロホン装置の製造方法。 A method for manufacturing a microphone device according to claim 15,
The step of forming the joined body includes:
A step of punching the metal plate to form a large number of holes and bending to form a protrusion serving as a spacer;
Bonding the protrusion to the semiconductor wafer.
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